Eter (fisika)

Artikulu hau balizko sustantziari buruzkoa da; beste esanahietarako, ikus «Eter».

Eter argitsua: hipotesia garatu zen, gaur egun zaharkitua, espazio guztia "medio" ikusezin eta ukiezin batek hartzen duela, eterra, zeinetan argi-uhinak hedatzen diren eta zeruko gorputzak mugitzen diren.

Eterra edo eter argitsua ("argitsua" esan nahi du 'argiaren eramailea'), argia hedatzeko bitarteko postulatua izan zen. Itxuraz uhinetan oinarritutako argiak espazio hutsean zehar hedatzeko duen gaitasuna azaltzeko erabili zen, uhinek egin behar ez luketen zerbait. Eter argitsu baten plano-espaziala suposatzeak,hutsune espazial baten ordez, argiaren uhin-teoriek eskatzen duten bitarteko teorikoak eman zituen.

Eterraren hipotesia eztabaida handia izan zen bere historian zehar, objektu fisikoekin interakziorik gabeko material infinitu eta ikusezin baten existentzia eskatzen baitzuen. Argiaren izaera arakatu ahala, batez ere XIX. mendean, eter bati eskatutako ezaugarri fisikoak gero eta kontraesankorragoak bihurtu ziren. XIX. mende amaieran, eterraren existentzia zalantzan jarri zen, hura ordezkatzeko teoria fisikorik egon ez arren.

Michelson-Morley esperimentuaren (1887) emaitza negatiboak eterrera ez zegoela iradokitzen zuen, eta 1920ko hamarkadara arte ondorengo esperimentuetan baieztatu zen aurkikuntza izan zen. Honek, eterrik gabe argiaren hedapena azaltzeko lan teoriko handia ekarri zuen. Aurrerapen garrantzitsu bat erlatibitatearen teoria izan zen, esperimentuak zergatik ezin izan zuen eterra ikusi azal baitzezakeen, baina modu zabalagoan interpretatua izan zen beharrezkoa ez zela aditzera emateko. Michelson-Morley esperimentua, gorputz beltzaren erradiadorearekin eta efektu fotoelektrikoarekin batera, funtsezko esperimentu bat izan zen fisika modernoaren garapenean, erlatibitatea zein teoria kuantikoa barne hartzen dituena, azken honek argiaren uhin izaera azaltzen du.

Argiaren eta eterraren historia

Partikulak uhinen aurka

Artikulu nagusia: «Dualidad onda corpúsculo»

XVII. mendean, Robert Boyle eterraren hipotesi baten aldekoa zen. Boyle-ren arabera, eterra partikula sutilez osatua dago, horietako batek hutsunerik ez egotea eta gorputzen arteko elkarrekintza mekanikoak azaltzen ditu, eta besteak errealitatean bestela esplikaezinak diren magnetismoa (eta agian grabitatea) bezalako fenomenoak azaltzen ditu. Bestela, ezin dira azaldu gorputz makroskopikoen elkarreragin mekaniko hutsen oinarrian, “nahiz eta antzinakoen eterrean substantzia difuso eta oso sotila baino ez zen nabaritu; lurrunak ibilbide jakin batean mugitzen dira ipar eta hego poloen artean.

Christiaan Huygensek argia eter batean zehar hedatzen den uhin bat dela planteatu zuen. Berak eta Isaac Newtonek argi-uhinak luzetarako soilik irudikatu zitzaketen, soinua eta fluidoetako beste uhin mekaniko batzuk bezala hedatuz. Luzetarako uhinek aldiz, nahitaez forma bakarra dute emandako hedapen-norabide jakin baterako, zeharkako uhina bezalako bi polarizazioak beharrean. Hori dela eta, luzetarako uhinek ezin dute birrefringentzia azaldu, zeinetan argiaren bi polarizazio kristal batek modu ezberdinean errefraktatzen dituen. Gainera, Newtonek argia uhin gisa baztertu zuen baliabide batean, baliabide horrek espazioan nonahi zabaldu beharko lukeelako, eta hortaz "gorputz handi horien mugimenduak nahastu eta atzeratzen ditu" ( planeta eta kometak ) eta horregatik, «Ezertarako balio ez duenez eta naturaren funtzionamendua zailtzen eta ahularazten duenez, ez dago haren existentziaren ebidentziarik, beraz, baztertu egin behar da». ^{[erreferentzia behar]}

Isaac Newtonek argudiatu zuen argia partikula txiki ugariz osatuta dagoela. Honek argiak lerro zuzenetan bidaiatzeko eta gainazaletan islatzeko dituen gaitasunak bezalako ezaugarriak azal ditzake. Newtonek argi-partikulak " korpuskulu " ez-esferikoak zirela irudikatu zuen, "alde" ezberdinekin birrefringentzia sortzera eramaten zutenak. Baina argiaren partikulen teoriak ezin ditu ongi azaldu errefrakzioa eta difrakzioa. Errefrakzioa azaltzeko, Newton-ek Opticks -en (1704) bibrazioak argia baino azkarrago transmititzen dituen "euskarri etereoa" postulatu zuen, eta, horrela, argia gainditzean, "Erraz islatzen eta transmisio errazaren ezarpenetan" jartzen da, eta horrek errefrakzioa eta difrakzioa eragin zituen. Newtonek uste zuen bibrazio hauek beroaren erradiazioarekin erlazionaturik zeudela.

Bero-erradiazioa eta argia erradiazio elektromagnetikoa direla dioen ulermen modernoaren aldean, Newtonek beroa eta argia bi fenomeno ezberdin bezala ikusten zituen. Bere ustez, bero-bibrazioak kitzikatu egiten ziren "argi izpi bat edozein gorputz peluzikoren gainazalera erortzen denean" .

Bradleyk partikulak iradokitzen ditu

1720an, James Bradleyk izarren paralajea neurtzen saiatzen ziren esperimentu batzuk egin zituen, urteko garai ezberdinetan izarren neurketak eginez. Lurra eguzkiaren inguruan mugitzen den heinean, urruneko puntu jakin baten itxurazko angelua aldatzen da. Angelu horiek neurtuz, izarrarekiko distantzia kalkula daiteke Lurrak Eguzkiaren inguruan duen, ezagutzen den, zirkunferentzia orbitalaren arabera. Ez zuen paralajerik hauteman, beraz, izarrekiko distantziari muga txikiagoa jarri zion.

Esperimentu horietan, Bradleyk erlazionatutako efektu bat ere aurkitu zuen; Izarren itxurazko kokaguneak aldatu egin ziren urtean zehar, baina ez espero bezala. Lurra izarrarekiko orbitaren mutur batean zegoenean maximizatu beharrean itxurazko angelua, Lurra izarrarekiko bere albo-abiadurarik azkarrenean zegoenean maximizatu zen angelua. Efektu hau, izar aberrazio bezala ezagutzen da gaur egun.

Bradley-k Newtonen argiaren teoria korpuskularraren testuinguruan azaldu zuen efektu hau, aberrazioaren angelua Lurraren orbita-abiaduraren eta argiaren korpuskuluen abiaduraren batura bektorial soilak ematen zuela erakutsiz, bertikalki erortzen diren euri-tantek angelu batean mugitzen ari den objektu baten aurka talka egiten duten bezala. Lurraren abiadura eta aberrazio angelua ezagututa, argiaren abiadura kalkulatzeko aukera eman zion honek.

Izarrarteko aberrazioa eterrean oinarritutako argiaren teoria baten testuinguruan azaltzea arazotsuagoa izan zen. Aberrazioa abiadura erlatiboetan oinarritzen zenez, eta neurtutako abiadura Lurraren higiduraren araberakoa zenez, eterrak geldirik egon behar zuen izarrekiko, Lurra bertatik mugitzen zen bitartean. Horrek esan nahi zuen Lurrak eterrean zehar bidaiatu zezakeela, euskarri fisiko batean, itxurazko eraginik gabe, Newtonek uhin-eredu bat baztertzera eraman zuen arazoa da hau hain zuzen ere.

Uhinen teoria garaile

Mende bat geroago, Thomas Young -ek eta Augustin-Jean Fresnel- ek argiaren uhin-teoria berpiztu zuten, argia luzetarako uhina izan beharrean zeharkako uhina izan zitekeela adierazi zutenean, zeharkako uhin baten polarizazioa ( Newtonen argiaren «alboak» bezala) birrefringentzia azal zezakeen, eta difrakzioaren inguruko esperimentu batzuen ondoren, Newtonen partikulen eredua azkenik alboratua izan zen. Gainera, fisikariek barneratu zuten, uhin mekanikoek bezala, argi-uhinek hedatzeko euskarri bat behar zutela eta beraz, Huygensen espazio guztia zeharkatzen zuen eterraren «gas» baten ideia behar zuten.

Hala ere, zeharkako uhin batek itxuraz hedapen-euskarria solido baten antzera jokatzea eskatzen du, gas edo fluido baten aurkaritzan. Solido batek beste gai batzuekin elkarreraginean ez egotearen ideiak arraro samarra zirudien, eta Augustin-Louis Cauchy- k iradoki zuen agian "arrastaketa" moduko bat egon zitekeela, baina horrek aberrazio-neurketen ulerkera zailtzen zuen. Luzetarako uhinak ez egoteak eterrak konprimigarritasun negatiboa zuela iradoki zezakeela ere proposatu zuen. George Greenek adierazi zuen fluido hori ezegonkorra izango litzatekeela. George Gabriel Stokes arrastatzearen interpretazioaren defendatzaile bihurtu zen, eredu bat garatuz non, eterra maiztasun oso altuetan zurruna izan zitekeen eta abiadura baxuagoetan aldiz fluidoa (pinu erretxinaren analogiaz). Horrela, Lurra nahiko aske mugi zitekeen bertatik, baina argia eusteko bezain zurruna izango litzateke. ^{[erreferentzia behar]}

Elektromagnetismoa

1856an, Wilhelm Eduard Weber eta Rudolf Kohlrausch-ek karga elektromagnetikoen unitatearen eta karga elektrostatikoen unitatearen erlazioaren zenbakizko balioa neurtu zuten. Erlazioa argiaren abiaduraren produktuaren eta biren erro karratuaren berdina dela aurkitu zuten. Hurrengo urtean, Gustav Kirchhoffek kable elektriko batean zehar seinale baten abiadura argiaren abiaduraren berdina zela erakusten zuen dokumentu bat idatzi zuen. Hauek dira argiaren abiaduraren eta fenomeno elektromagnetikoen artean erregistratutako lehen lotura historikoak. ^{[erreferentzia behar]}

James Clerk Maxwell Michael Faraday -ren indar-lerroetan lanean hasi zen. 1861eko On Physical Lines of Force artikuluan, indar-lerro magnetiko hauek modelatu zituen neurri batean eterrez eta neurri batean materia arruntez egindako zurrunbilo molekularren itsaso bat erabiliz. Konstante dielektrikoaren eta iragazkortasun magnetikoaren adierazpenak atera zituen, euskarri elastiko honen zeharkako elastikotasun eta dentsitatearen arabera. Ondoren, konstante dielektrikoaren erlazioa iragazkortasun magnetikoaren arteko erlazioa Weber eta Kohlrauschen 1856ko emaitzaren bertsio egoki batekin alderatu zuen, eta emaitza hori Newtonen ekuazioan soinuaren abiaduraren ordez ordezkatu zuen. Hippolyte Fizeau -k eta Léon Foucaultek egindako argiaren abiaduraren neurketetatik hurbil zegoen balio bat lortuz, Maxwell-ek ondorioztatu zuen argia fenomeno elektriko eta magnetikoen kausa den medio beraren ondulazioez osatuta dagoela.

Hala eta guztiz, Maxwellek bere zurrunbilo molekularren izaera zehatzari buruzko zalantza batzuk adierazi zituen, eta horregatik, arazoaren ikuspegi dinamiko hutsari ekiten hasi zen. 1864an beste idazki bat idatzi zuen, Eremu elektromagnetikoko teoria dinamikoa izenekoa, non bitarteko argitsuaren xehetasunak ez ziren hain esplizituak. Maxwell-ek zurrunbilo molekularren itsasoa esplizituki aipatu ez bazuen ere, Ampèreren zirkulazio-legearen deribazioa 1861eko paperetik atera zen eta eremu elektromagnetikoko errotazio-higidura inplikatzen zuen ikuspegi dinamikoa erabili zuen, bolanteen ekintzarekin alderatu zuena. Indar elektroeragilearen ekuazioa ( Lorentz indar ekuazioaren aitzindaria) justifikatzeko hurbilketa hau erabiliz, indar elektroeragilearen ekuazioa eta Ampèreren zirkulazioaren legea barne hartzen zituen paperean agertzen ziren zortzi ekuazioz osaturiko uhin-ekuazioa atera zuen. Maxwell-ek berriro ere Weber eta Kohlrauschen emaitza esperimentalak erabili zituen uhin-ekuazio honek argiaren abiaduran hedatzen den uhin elektromagnetiko bat adierazten duela erakusteko, eta horrela argia erradiazio-mota bat dela babesten du.

Horrelako uhin hertziarren hedapen-euskarri baten beharra ikusten da uhin elektriko ortogonalez ( E ) eta magnetikoz ( B edo H ) osatuta daudelako. E uhinak dipolo eremu elektriko uhinez osatuta daude, eta dipolo guztiek karga elektriko bereiziak eta aurkakoak behar zituztela zirudien. Karga elektrikoa materiaren propietate banaezin bat da, beraz, bazirudien materia motaren bat behar zela uhinaren hedapen-bideko edozein puntutan dagoen korronte alternoa emateko. Benetako hutsean uhinen hedapenak karga elektriko elkarturik gabeko eremu elektrikoak edo materia elkarturik gabeko karga elektrikoak egotea suposatuko luke. Maxwell-en ekuazioekin bateragarria bada ere, eremu elektrikoen indukzio elektromagnetikoa ezin izan da hutsean frogatu, eremu elektrikoak detektatzeko metodo guztiek elektrikoki kargatutako materiala behar baitute.

Gainera, Maxwell-en ekuazioak hutsean dauden uhin elektromagnetiko guztiak abiadura finko batean hedatzea eskatzen zuen, c . Newtonen fisikako erreferentzia-esparru batean bakarrik gerta daitekeenez (ikus Galilear-Newtoniar erlatibitatea), eterraren hipotesia izan zen Maxwell-en ekuazioak betetzen dituen erreferentzia-marko absolutu bakarra bezala hartua. Hau da, eterrak "oraindik" unibertsalki izan behar du, bestela c bere euskarrian gerta daitekeen edozein aldakuntzarekin batera aldatuko litzateke. Maxwell-ek berak gurpiletan eta engranajeetan oinarritutako eterraren hainbat eredu mekaniko proposatu zituen, eta George Francis FitzGerald-ek horietako baten lan-eredu bat ere eraiki zuen. Eredu hauek uhin elektromagnetikoak zeharkakoak baina inoiz ez luzetarakoak direla ados egon beharra zeukaten.

Arazoak

Une honetan, eterraren ezaugarri mekanikoak gero eta magikoagoak bihurtu ziren: fluido bat izan behar zuen espazioa betetzeko, baina altzairua baino milioika aldiz zurrunagoa zen argi-uhinen maiztasun altuei aurre egiteko. Gainera, masarik eta biskositaterik gabekoa izan behar zuen, bestela planeten orbitetan nabarmen eragingo bailuke. Gainera, guztiz gardena, sakabanatu gabea, konprimigaitza eta eskala oso txikian jarraitua izan behar zuela zirudien. Maxwell-ek Encyclopaedia Britannica -n idatzi zuen:

Zientzialari garaikideak arazoez jabetu ziren, baina une honetan eterraren teoria hain zegoen errotuta lege fisikoan, ezen, besterik gabe, existitzen zela suposatu zen. 1908an Oliver Lodge -k Lord Rayleigh -en izenean hitzaldi bat egin zion gai honi buruz Royal Institution -ari, non bere propietate fisikoak deskribatu eta gero ezinezkoak ez zirenaren arrazoiak eskaintzen saiatu zen. Dena den, kritikaren berri ere bazekien eta Lord Salisbury -k aipatu zuen "eterra ondulatu aditzaren kasu nominatibo bat baino ez dela". Beste batzuek "ingelesezko asmakizuna" zela kritikatu zuten, nahiz eta Rayleigh-ek txantxetan esan zuen Royal Institutioaren asmakizuna zela.

XX. mende hasieran, eterraren teoriak arazoak zituen. XIX. mende amaieran gero eta konplexuagoak ziren esperimentu batzuk egin ziren Lurraren mugimendua eterraren bidez antzematen saiatzeko, eta ez zuten emaitza hori lortu. Eterraren arrastratzearen inguruan Proposatutako hainbat teoriek emaitza nulua azal dezakete, baina konplexuagoak ziren eta itxuraz arbitrarioak diren koefizienteak eta hipotesi fisikoak erabiltzeko joera zuten. Lorentz eta FitzGerald-ek Lorentzen eterraren teoriaren esparruan eter absolutu baten higidura detektaezina izan zitekeen (luzeraren uzkurdura) irtenbide dotoreago bat eskaini zuten, baina haien ekuazioak zuzenak balira, erlatibitatearen teoria bereziak (1905) sor zezakeen matematika bera eter bati erreferentziarik egin gabe. Eterra Ockham-en bizarraren aurrean erori zen.

Lurraren eta eterraren arteko mugimendu erlatiboa

Eterraren arrastatzea

Bi eredu garrantzitsuenak, Lurraren eta eterraren higidura erlatiboa deskribatzera zuzendurik zeudenak, Augustin-Jean Fresnel- en (1818) eter (ia) geldikorraren eredua eta George Gabriel Stokes '(1844) eterraren arrastatze eredu osoa izan ziren. Azken teoria hau ez zen zuzentzat jo, ez baitzen bateragarria argiaren aberrazioarekin, eta arazo hori azaltzeko garatutako hipotesi laguntzaileak ez ziren sinesgarriak. Gainera, geroago Sagnac efektua (1913) bezalako esperimentuek ere eredu hori jasanezina zela erakutsi zuten. Hala ere, Fresnel-en teoria onartzen duen esperimenturik garrantzitsuena Fizeauk 1851n Fresnel-en 1818ko iragarpenaren baieztapen esperimentala izan zen: n errefrakzio-indizea zuen bitarteko batek v abiadurarekin mugitzen zen argiaren abiadura bitartekoan zehar bidaiatzen zuen argiaren abiadura handituko zuela v -ren norabide berean c /n -tik hona:

${\frac {c}{n}}+\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}\right)v.$

Hau da, higidurak bitartekoaren abiaduraren zati bat baino ez dio gehitzen argiari. Hau hasiera batean bitartekoak bitartekoaren abiaduraren zati batekin eterra arrastatzen zuela bezala interpretatu zen, baina ulermen hori oso arazotsu bihurtu zen Wilhelm Veltmann-ek Fresnel-en formulan n indizea argiaren uhin-luzeraren araberakoa zela erakutsi ondoren, ondorioz eterrak ezin zuen uhin-luzeraren araberako abiaduran mugitu. Horrek inplikatzen zuen maiztasun infinitu bakoitzeko eter bereizi bat egon behar zela.

Eterraren deriba esperimentu negatiboak

Fresnel-en eterraren hipotesiaren funtsezko zailtasuna Newtonen dinamikaren eta Maxwell-en elektromagnetismoaren ondo finkatutako bi teorien elkarren ondotik sortu zen. Galilear eraldaketa baten pean, Newtonen dinamikaren ekuazioak aldaezinak dira, elektromagnetismoarenak berriz, ez. Funtsean, horrek esan nahi du azeleratu gabeko esperimentuetan fisikak berdin jarraitu beharko lukeen arren, argiak ez dituela arau berdinak jarraituko "eter marko" unibertsalean bidaiatzen duelako. Desberdintasun horrek eragindako efekturen bat hauteman behar da.

Adibide soil bat eterraren jatorrian eraiki zen ereduari dagokio: soinua . Uhin mekanikoen hedapen abiadura, soinuaren abiadura, bitartekoaren propietate mekanikoek definitzen dute. Soinua uretan airean baino 4,3 aldiz azkarragoa da. Horrek azaltzen du, zergatik leherketa bat entzun eta uretatik azkar ateratzen den pertsona batek berriro entzun dezakeen soinu motelagoa airetik. Era berean, hegazkin batean bidaiari batek beste bidaiari batekin elkarrizketa bat eduki dezake, hitzen soinuak hegazkin barruko airearekin batera bidaiatzen baitu. Hau da Galilea eraldaketaren oinarria, eta erreferentzia esparruaren kontzeptua.

Baina ez omen zen gauza bera gertatzen argiarekin, Maxwell-en matematikak argiaren hedapenerako abiadura unibertsal bakarra eskatzen baitzuen, ez tokiko baldintzetan oinarrituta, baizik eta neurtutako bi propietateetan, espazio librearen permitibitatean eta iragazkortasunean. Unibertso osoan berdinak izan behar zirela suposatzen zen. Zenbaki hauek aldatuko balira, zeruan eragin nabariak izan beharko lituzkete; adibidez, norabide ezberdinetako izarrek kolore desberdinak izango lituzkete.

Hori dela eta, edozein puntutan koordenatu-sistema berezi bat egon behar da, "atsedenaldian eterrarekiko". Maxwell-ek 1870eko hamarkadaren amaieran ohartu zen eter honen inguruko mugimenduaren hautemateak nahikoa erraza izan beharra zeukala: Lurraren higidurarekin batera bidaiatzen zuen argiak atzerantz bidaiatzea baino abiadura ezberdina izango zuen, biak higitzen den eterraren aurka mugituko zirelako. Eterrak fluxu unibertsal orokorra izanda ere, posizio aldaketak egun / gau zikloan edo urtaroetan zehar, noraeza detektatzeko aukera eman beharko luke.

Lehen ordenako esperimentuak

Fresnel-en arabera eterra ia geldirik dagoen arren, bere teoriak bigarren ordenako eterraren desbideratze esperimentuen emaitza positiboa aurreikusten du $v/c$, Fresnelen arraste koefizienteak emaitza negatiboa eragingo lukeelako lehen mailako efektuak neurtzeko gai diren esperimentu optiko guztietatik $v/c$ . Hau, lehen mailako esperimentu hauek baieztatu zuten, eta emaitza negatiboak eman zituzten. Ondoko zerrenda Wilhelm Wien -en (1898) deskribapenean oinarritzen da, Edmund Taylor Whittakerrek (1910) eta Jakob Laub-ek (1910) deskribatutako aldaketa eta esperimentu gehigarriekin:

• François Aragoren esperimentuak (1810), errefrakzioak, eta beraz, argiaren aberrazioak, Lurraren higidurak eragiten duen ala ez baieztatzeko. Antzeko esperimentuak egin zituzten George Biddell Airyk (1871) urez betetako teleskopio baten bidez eta Éleuthère Mascart-ek (1872).
• Fizeauren esperimentua (1860), kristalezko zutabeen bidez polarizazio-planoaren biraketa Lurraren higidurak aldatzen duen ala ez jakiteko. Emaitza positiboa lortu zuen, baina Lorentzek emaitzak kontrajarriak izan zirela erakutsi ahal izan zuen. DeWitt Bristol Brace-k (1905) eta Strasser-ek (1907) esperimentua zehaztasun handiagoz errepikatu zuten eta emaitza negatiboak lortu zituzten.
• Martin Hoek -en esperimentua (1868). Esperimentu hau Fizeauren esperimentuaren (1851) aldaera zehatzagoa da. Bi argi-izpi kontrako noranzkoetan bidaltzen dira: batak ur geldiz betetako bidea zeharkatzen du eta besteak, airean zeharreko bidea egiten du. Fresnelek arraste koefizientearen arabera, emaitza negatiboa lortu zuen.
• Wilhelm Klinkerfuesen esperimentuak (1870) ikertu zuen Lurraren higidurak sodio xurgapen lerroan eraginik ba ote duen. Emaitza positiboa lortu zuen, baina hori akats esperimentala zela frogatu zen, Hagaren esperimentua (1901) errepikatzeak emaitza negatiboa eman zuelako.
• Ketteler-en esperimentua (1872), non interferometro batetik bi izpi kontrako noranzkoetan bidaltzen ziren urez betetako bi hodi elkarren artean inklinatuta. Ez zen aldaketarik izan interferentzia ertzetan. Geroago, Mascart-ek (1872) kaltzitan argi polarizatuaren interferentzia ertzek ere eraginik ez zutela erakutsi zuen.
• Éleuthère Mascarten esperimentua (1872) kuartzoan polarizazio planoaren errotazio aldaketa aurkitzeko. Ez zen errotazio aldaketarik aurkitu argi izpiek Lurraren higiduraren noranzkoa eta gero kontrako noranzkoa zutenean. Lord Rayleigh-ek antzeko esperimentuak zehaztasun handiagoz egin zituen eta emaitza negatiboa lortu zuen.

Esperimentu optiko horiez gain, lehen mailako esperimentu elektrodinamikoak ere egin ziren, Fresnel-en arabera emaitza positiboak eman behar zituztenak. Hala ere, Hendrik Antoon Lorentzek (1895) Fresnel-en teoria aldatu zuen eta esperimentu horiek eter geldi baten bidez ere azal daitezkeela erakutsi zuen:

• Wilhelm Röntgen -en esperimentua (1888), kargatutako kondentsadore batek Lurraren mugimenduaren ondorioz indar magnetikoak sortzen ote dituen jakiteko.
• Theodor des Coudresen esperimentua (1889), kable bi bobinaren efektu induktiboak hirugarren baten gainean Lurraren higiduraren noranzkoak eragiten duen ala ez jakiteko. Lorentzek erakutsi zuen efektu hori lehen ordenan bertan behera uzten duela eroaleen gaineko karga elektrostatikoak (Lurraren mugimenduak sortutakoa).
• Königsbergerren esperimentua (1905). Kondentsadore baten plakak elektroiman indartsu baten eremuan daude. Lurraren mugimenduaren ondorioz, plakak kargatuta egon behar ziren. Ez zen halako efekturik ikusi.
• Frederick Thomas Troutonen esperimentua (1902). Kondentsadore bat Lurraren higiduraren paraleloan jarri zen, eta kondentsadorea kargatzean bulkada bat sortzen dela suposatu zen. Emaitza negatiboa Lorentzen teoriaren bidez azal daiteke, zeinaren arabera momentu elektromagnetikoak Lurraren mugimenduaren ondoriozko momentua konpentsatzen baitu. Era berean, Lorentzek aparatuaren sentsibilitatea baxuegia zela halako efektu bat behatzeko gai izan zen.

Bigarren ordenako esperimentuak

Michelson-Morleyen esperimentuak ispiluetatik argiak bi norabide ortogonaletan islatzeko duen denbora alderatu zuen.

Lehen mailako esperimentuak eter geldo aldakor baten bidez azal zitezkeen arren, bigarren mailako esperimentu zehatzagoak emaitza positiboak ekartzea espero zen, baina ezin izan zen halako emaitzarik aurkitu.

Michelson-Morleyren esperimentu ospetsuak argi iturria bere buruarekin alderatu zuen norabide desberdinetan bidali ondoren, fasean aldaketak bilatuz zehaztasun oso altuarekin neurtu ahal izateko moduan. Esperimentu honetan, bere helburua Lurraren abiadura eterraren bidez zehaztea zen. Emaitza 1887an argitaratu zen, emaitza nulua, eterraren hipotesiarekin zerbait oso gaizki zegoela erakusten zuen lehen froga argia izan zen (Michelsonek 1881ean egindako lehen esperimentua ez zen guztiz eztabaidaezina izan). Kasu honetan, MM esperimentuak zerrenda-patroiaren desplazamendu bat eragin zuen, gutxi gorabehera 0.01 zerrenda batekoa, abiadura txiki bati dagokiona. Hala ere, ez zen bateragarria espero zen eter-haizearen efektuarekin, Lurraren abiadura dela eta (urtaroaren arabera aldatzen dena), zerrenda baten 0.4 aldaketa behar izango zukeena, eta akatsa nahikoa txikia izan zen balioa zero izateko. Beraz, hipotesi nulua, eter haizerik ez zegoelako hipotesia, ezin zen baztertu. Ordutik, esperimentu modernoagoek balio posiblea murriztu dute zerotik oso hurbil dagoen zenbaki batera, 10-17 inguru.

«Begien bistakoa da egin dena baino lehen alferrikakoa izango litzatekeela eguzki-sistemaren mugimenduaren arazoa konpontzen saiatzea Lurraren gainazalean dauden fenomeno optikoen behaketen bitartez.»

A. Michelson and E. Morley. "On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Æther". Phil. Mag. S. 5. Vol. 24. No. 151. Dec. 1887.

Antzeko baina gero eta sofistikatuagoak diren gailuekin egindako esperimentu batzuek ere emaitza nulua izan zuten. Kontzeptualki, eterraren mugimendua detektatzen saiatu ziren esperimentu desberdinak Trouton-Noble esperimentuak (1903) izan ziren, zeinaren helburua eremu elektrostatikoek eragindako tortsio-efektuak detektatzea zen, eta Rayleigh eta Braceren esperimentuak (1902, 1904) hainbat euskarritan errefrakzio bikoitzak detektatzeko. Hala ere, guztiek emaitza hutsa lortu zuten, aurretik Michelson-Morleyk (MM) egin zuen bezala.

"Eterraren haizea" esperimentu hauek eterra "salbatzeko" ahaleginak egin zituzten gero eta propietate konplexuagoak esleituz, zientzialari gutxi batzuek, Emil Cohn edo Alfred Bucherer-ek, eterraren hipotesia bertan behera uztea pentsatu zuten bitartean. Bereziki interesgarria zen "eter arrastaketa" aukera, neurketaren magnitudea murriztuko zuena, Michelson-Morley esperimentuaren emaitzak azaltzeko nahikoa agian. Hala ere, goian esan bezala, eter arrastaketak dagoeneko bere arazoak zituen, aberrazioa nabarmenen. Gainera, Lodge-ren (1893, 1897) eta Ludwig Zehnder -en (1895) interferentzia-esperimentuek, eterra hainbat masa birakariek arrastatzen ote duten erakustera zuzenduta, ez zuten eter-arrastaketarik erakutsi. Neurketa zehatzagoa egin zen Hammar-en (1935) esperimentuan, zeinak MM esperimentu osoa egin zuen "hanka" bat berunezko bi bloke masiboren artean jarrita. Eterra masiboki arrastatuko balitz, esperimentu hau kableak eragindako erakarpena detektatzeko gai izango zen, baina berriro ere emaitza nulua lortu zen. Teoria berriro aldatu zen, oraingoan, arrastatzeak masa oso handietarako edo eremu magnetiko handiak zituztenentzat soilik funtzionatzen zuela iradokituz. Hau ere okerra zela frogatu zuen Michelson Gale Pearsonen esperimentuak, Lurraren errotazioaren ondorioz Sagnac efektua detektatu baitzuen (ikus eterraren erresistentzia hipotesia).

Eter "absolutua" salbatzeko saiakera guztiz ezberdina egin zen Lorentz FitzGeralden uzkurdura-hipotesian, zeinak dena eterrean zehar egindako bidaiak eragina izan zuela dioen. Teoria honetan, Michelson-Morley-ren esperimentuak porrot egitearen arrazoia aparatuak bidaiaren noranzkoan uzkurtu zela izan zen. Hau da, argiari "naturalki" eragiten ari zitzaion eterrean zehar egindako bidaia, baina aparatua bera ere bai, neurtzerako garaian edozein ezberdintasun ezabatuz. FitzGeraldek Oliver Heavisideren artikulu batetik ondorioztatu zuen hipotesi hori.

Era berean, G. Sagnac-ek 1913an ikusitako Sagnac efektua berehala ikusi zen erlatibitate bereziarekin guztiz bateragarria zela. Izan ere, 1925ean Michelson-Gale-Pearson-en esperimentua erlatibitatearen teoria berresteko proba gisa proposatu zen bereziki, nahiz eta onartu zen, halaber, errotazio absolutua neurtzen duten proba horiek ere bat datozela teoria ez-erlatibistarekin.

1920ko hamarkadan, Michelsonek hasitako esperimentuak errepikatu zituen Dayton Millerrek eta publikoki emaitza positiboak aldarrikatu zituen hainbat alditan, nahiz eta ez ziren nahikoa eterraren teoria ezagunekin bateragarriak izateko. Hala ere, beste ikertzaile batzuek ezin izan zituzten Millerren emaitzak bikoiztu. Urteen poderioz, halako neurketen zehaztasun esperimentala handitu egin dira magnitude ordena askotan, eta ez da Lorentz inbariantzia haustearen arrastorik aurkitu. (Geroago Millerren emaitzen analisiak ondorioztatu zuen tenperaturaren ondoriozko aldaerak gutxietsi zituela).

Millerren esperimentutik eta jasotako argitasun gutxiko emaitzetatik, eterra detektatzeko saiakera esperimental gehiago egin dira. Esperimentatzaile askok emaitza positiboak aldarrikatu dituzte. Emaitza hauek ez dute zientzia nagusiaren arretarik jaso, zehaztasun handiko neurketa ugarirekin kontraesanean baitaude, guztiak erlatibitate bereziarekin bat datozenak.

Lorentzen eterraren teoria

1892 eta 1904 artean, Hendrik Lorentzek elektroi-eter teoria garatu zuen, zeinetan materiaren (elektroiak) eta eterraren arteko bereizketa zorrotza ezarri zuen. Bere ereduan, eterra guztiz mugikorra da, eta ez da martxan jarriko metatu daitekeen materiaren inguruan. Aurreko elektroi ereduen aurka, eterraren eremu elektromagnetikoa elektroien arteko bitartekari gisa agertzen da, eta eremu horretako aldaketak ezin dira argiaren abiadura baino azkarrago hedatu. 1895ean Lorentzen teoriaren oinarrizko kontzeptua v/c ordenako terminoetarako "dagokion egoeraren teorema" izan zen. Teorema honek dio eterrarekiko mugitzen den behatzaile batek geldiunean dagoen behatzaile baten behaketa berdinak egiten dituela, aldagaien aldaketa egoki baten ondoren. Lorentzek koadroa aldatzean espazio-denbora aldagaiak aldatzea beharrezkoa zela adierazi zuen eta Michelson Morleyren esperimentua azaltzeko luzera fisikoaren uzkurdura (1892) eta argi aberrazioa azaltzeko denbora lokalaren kontzeptu matematikoa (1895) bezalako kontzeptuak sartu zituen eta Fizeauren esperimentua. Honek ekarri zuen, Joseph Larmorrek (1897, 1900) eta Lorentzek (1899, 1904) Lorentz eraldaketa deiturikoaren formulazioa sortzea, beraz (Ohartu zen Larmor) tokiko denboraren formulazio osoa denbora dilatazio moduko batzuekin batera doala. Eterrean higitzen diren elektroiak. Geroago Lorentzek adierazi zuen (1921, 1928), eterrean atseden hartzen duten erlojuek adierazitako ordua "egiazko" denboratzat hartzen zuen, tokiko ordua lan-hipotesi heuristikotzat eta matematika tresnatzat hartzen zuen bitartean. Hori dela eta, egile modernoek Lorentzen teorema eterrean gelditzen den sistema "erreal" baten eraldaketa matematikotzat hartzen dute, mugimenduan dagoen sistema "fikziozko" batean.

Lorentzen lana Henri Poincaré -k matematikok hobetu zuen, aldi askotan Erlatibitate Printzipioa formulatu eta elektrodinamikarekin harmonizatzen saiatu zen. Aldiberekotasuna argiaren abiaduraren araberako konbentzio eroso gisa bakarrik adierazi zuen, beraz, argiaren abiaduraren konstantzia postulatu baliagarria izango litzateke naturaren legeak ahalik eta errazen egiteko. 1900 eta 1904an, Lorentzen tokiko ordua fisikoki interpretatu zuen erlojuaren sinkronizazioaren ondorioz argi seinaleen bidez. 1905eko ekainean eta uztailean erlatibitate printzipioa naturaren lege orokor gisa deklaratu zuen, grabitazioa barne. Lorentzen errore batzuk zuzendu zituen eta ekuazio elektromagnetikoen Lorentzen kobariantza frogatu zuen. Hala ere, eterraren nozioa guztiz detektaezina den medio gisa erabili zuen eta itxurazko eta denbora erreala bereizten zituen, beraz, zientziaren historialari gehienek diote ez zuela erlatibitate berezirik asmatu.

Eterraren amaiera

Erlatibitate berezia

Eterraren teoriak beste kolpe bat jaso zuen Albert Einsteinen erlatibitate bereziaren teoriak Galileako eraldaketa eta Newtonen dinamika aldatu zituenean, Lorentziar elektrodinamikaren matematikari "ez eter" testuinguru berria bat emanez. Pentsamendu zientifikoko aldaketa nagusi gehienek ez bezala, erlatibitate berezia komunitate zientifikoak oso azkar hartu zuen, Einsteinek Teoria Bereziak deskribatutako fisikaren legeak 1905ean aurkikuntzarako "erabiltzeko prest" zeudela esan zuen azken iruzkinarekin bat. Max Planck -ek teoriaren hasierako defentsak, Hermann Minkowski -ren formulazio dotorearekin batera, asko lagundu zioten erlatibitate bereziaren onarpen azkarrari.

Einsteinek Lorentzen aurreko lanetan oinarritu zuen bere teoria. Objektuen propietate mekanikoak eter detektaezin baten bidez abiadura konstanteko higidurarekin aldatzen zirela iradoki beharrean, Einsteinek proposatu zuen edozein teoria arrakastatsuk izan behar dituen ezaugarriak oinarrizko eta sendo finkaturiko printzipioekin koherentea izan dadin, eter hipotetikoa edozein dela ere. Lorentz eraldaketak Maxwellen ekuazioekin duen lotura gainditu behar duela eta erreferentzia-marko inertzialen espazio eta denbora koordenatuen arteko oinarrizko erlazioak irudikatu behar dituela aurkitu zuen. Modu honetan, Fisikaren legeak Galileoren eraldaketarekin gertatu zen bezala aldaezinak izaten jarraitzen zutela erakutsi zuen, baina argi hori orain aldaezina ere bazen.

Erlatibitatearen teoria bereziaren garapenarekin, erreferentzia esparru unibertsal bakarra azaltzeko beharra desagertu egin zen, eta XIX. mendean eter argitsu baten teoriaren onarpena ere horrekin batera desagertu zen. Einsteinentzat, Lorentzen eraldaketak aldaketa kontzeptual bat suposatzen zuen: espazioan edo denboran posizioaren kontzeptua ez zela erabatekoa, baina desberdina izan zitekeela behatzailearen kokapenaren eta abiaduraren arabera.

Horretaz gain, 1905eko hilabete berean argitaratutako beste artikulu batean, Einsteinek hainbat behaketa egin zituen arazo arantzatsu bati buruz, efektu fotoelektrikoari buruz. Lan horretan, argia « uhin izaera » duten partikulatzat har daitekeela frogatu zuen. Partikulek ez dute bitartekorik behar bidaiatzeko, eta, beraz, argiak ere ez. Hau izan zen mekanika kuantikoaren garapen osoa ekarriko zuen lehen urratsa, non argiaren uhin izaera eta argiaren izaera, argiaren baliozko deskribapentzat hartzen diren. Einsteinek eter-hipotesiari, erlatibitateari eta argi-kuantei buruz egindako pentsamenduaren laburpena 1909an (jatorriz alemanez) "The Development of Our Views on the Composition and Essence of Radiation" hitzaldian aurki daiteke.

Eterraren teoriak

Usteak eta proposamenak

Einstein, Dirac, Bell, Polyakov, 't Hooft, Laughlin, de Broglie, Maxwell, Newton eta beste teorialari batzuen ikuspegi filosofikoaren arabera, egon liteke espazio "hutsa" betetzen duen ezaugarri fisikodun baliabide bat, eter bat, horrek ahalbidetzen ditu ikusitako prozesu fisikoak. ^{[erreferentzia behar]}

Albert Einstein 1894 edo 1895ean: " Uhin baten abiadura [bere] hedapena eragiten duten indar elastikoen erro karratuarekiko proportzionala da, eta indar hauek mugitzen duten eterraren masarekiko alderantziz proportzionalak".

Albert Einstein 1920an: “ Erlatibitatearen teoria orokorraren arabera, espazioa ezaugarri fisikoz hornituta dagoela esan dezakegu; zentzu horretan, bada eter bat. Teoria orokorraren arabera, eterrik gabeko espazioa pentsaezina da; espazio horretan ez litzateke argiaren hedapenik egongo, ezta espazioaren eta denboraren estandarrak (neurtzeko hagaxkak eta erlojuak) izateko aukerarik ere, ezta, beraz, espazio-denborazko tarterik zentzu fisikoan. Baina eter hau ezin da kontsideratu bereizgarri diren bitartekoen kalitate ezaugarriz hornituta dagoela, denboran zehar traza daitezkeen atalez osatuta baizik. Mugimenduaren ideia ezin zaio aplikatu".

Paul Dirac -ek 1951n idatzi zuen: "Ezagutza fisikoa asko aurreratu da 1905az geroztik, batez ere mekanika kuantikoaren etorreragatik, eta egoera [eterren sinesgarritasun zientifikoari buruzkoa] berriro aldatu da. Galdera egungo ezagutzaren argitan aztertzen bada, eterrak ez duela jada erlatibitateak baztertzen ikus daiteke, eta arrazoi onak eman daitezke orain eter bat postulatzeko. . . Orain espazio- denborako puntu guztietan abiadura dugu, elektrodinamikan oinarrizko papera betez. Naturala da benetako gauza fisiko baten abiadura dela pentsatzea. Beraz, elektrodinamikaren teoria berriarekin eter bat izatera behartuta gaude".

John Bell -ek 1986an, Paul Daviesek The Ghost in the Atom-en elkarrizketatua, iradoki zuen eterraren teoria batek EPR paradoxa konpontzen lagun zezakeela seinaleak argia baino azkarrago doazen erreferentzia esparru bat ahalbidetuz. Lorentzen uzkurdura guztiz koherentea dela iradokitzen du, ez erlatibitatearekin bat ez datorrena, eta Michelson-Morley esperimentuarekin guztiz koherentea den eterraren teoria eman lezakeela. Bellek iradokitzen du eterra gaizki baztertu zela arrazoi filosofiko hutsengatik: "behagarria ez dena ez da existitzen" [or. 49]. Einsteinek ez-eter teoria sinpleagoa eta dotoreagoa zela aurkitu zuen, baina Bellek iradokitzen du horrek ez duela baztertzen. Mekanika kuantikoaren interpretazioan oinarritutako argudioez gain, eterra berpiztea ere proposatzen du Bellek, gailu pedagogiko erabilgarria delako. Hau da, arazo asko errazago konpontzen dira eter baten existentzia irudikatuz.

Einsteinek komentatu zuen: "Jainkoak ez du dadotan jokatzen unibertsoarekin". Eta berarekin ados daudenek eterraren teoria klasiko eta determinista bat bilatzen dute. Bereziki, Gerard 't Hoof t -k zera igarri zuen: "Ez dugu ahaztu behar mekanika kuantikoak ez duela benetan deskribatzen zer-nolako fenomeno dinamikoak benetan gertatzen ari diren, baizik eta emaitza probabilistak ematen dizkigula. Nire ustez, oso sinesgarria iruditzen zait Planck-eskalaren dinamikarako arrazoizko teoria orok deskribatzeko hain korapilatsuak diren prozesuetara eramango luketela. Arrazoizkoa dirudi lehenik Planck domeinurako teoria klasiko eta determinista bat probatzea "Ondoren, espekulatu liteke gaur egun mekanika kuantikoa deitzen duguna dinamika hauek estatistikoki kudeatzeko teknika burutsu bat baino ez dela izan daitekeela". Blasone-ren artikuluan, Jizba eta Kleinert "G. 't Hooft-en azken proposamena egiaztatzen saiatu dira, teoria kuantikoa ez dela eremu-teoria osoa, baizik eta ulermen maila sakonago batetik sortutako fenomeno emergente bat da". Oinarrizko dinamika mekanika klasikotzat hartzen da Lagrangiano bereziekin, informazioa galtzeko baldintza egokiarekin. Dinamika mugatuaren benetako izaerari buruzko hipotesi sinesgarriekin frogatzen da teoria kuantikoa sortzen dela dinamika mugatuetarako Dirac-Bergmann algoritmo klasikoa aplikatzen denean bide klasiko integralera[. . . ] ». r

Louis de Broglie -k, «Ezkutuko euskarri azpikuantikoa asumitzen bada, haren izaeraren ezagutza desiragarria litzateke. Zalantzarik gabe, izaera nahiko konplexua da. Ez luke erreferentziazko euskarri unibertsal gisa balioko, hori erlatibitatearen teoriaren aurkakoa litzatekeelako».

1982an, Ioan-Iovitz Popescu fisikari errumaniarrak idatzi zuen eterra materiaren existentziaren forma bat dela, baina substantziatik kualitatiboki desberdina dela". Eter fluidoa "inertziaren printzipioak gobernatzen du eta bere presentziak espazio-denboraren geometriaren aldaketa sortzen du".

Sid Deutsch, ingeniaritza elektrikoko eta bio-ingeniaritzako irakasleak, "eter partikula birakari" esferiko batek "uhin elektromagnetikoak eramateko" egon behar duela uste du eta bere diametroa eta masa materia ilunaren dentsitatea erabiliz ateratzen ditu.

Allen Rothwarfek proposatu zuen Fermiren fluido endekatu baten eredua, "nagusiki elektroiez eta positroiz osatua" eta horrek ondorioz argiaren abiadura "denborarekin unibertsoaren adin-eskalan" murrizten du. Hedapen kosmologiko batean, eredua "unibertsoaren dezelerazio hedapena iragartzeko hedatu zen".

Eredu historikoak

Eter argitsua

Isaac Newtonek Optikaren Hirugarren Liburuan (1718) eter baten existentzia iradokitzen du: "Ez da ura, beira, kristala eta beste gorputz trinko batzuk espazio hutsetan zehar igarotzen den medio etereo hau, gero eta trinkoago hazten da mailaka, eta ondorioz, argi-izpiak errefraktatu ez puntu batean, baizik eta pixkanaka lerro kurbatuetan okertuz. . . Ez al da medio hau askoz arraroagoa Eguzkiaren, izarren, planeten eta kometen gorputz trinkoen barruan, zeru hutsean baino? Haien artean espazioa? Eta haietatik distantzia handietara igarotzen den heinean, ez da gero eta trinkoago bihurtzen, eta horregatik eragiten du gorputz handi horien grabitatea elkarrekiko, eta haien atalen gorputzekiko; gorputz guztiak ahalegintzen dira erdiko zati trinkoenetatik arraroenetara joaten? ».

XIX. mendean, eter argitsua, argia daukan eterra esan nahi du, argiaren hedapenerako bitarteko teorizatu bat zen (erradiazio elektromagnetikoa). Hala ere, XIX. mendearen amaieran, gero eta esperimentu konplexuagoak egin ziren, hala nola Michelson-Morleyren esperimentua, Lurraren mugimendua eterraren bidez detektatzeko saiakera bat, eta ez zen lortu. Eterraren arrastreari buruz proposatutako teoria batzuek emaitza nulua azal zezaketen, baina konplexuagoak ziren eta itxura arbitrarioko koefizienteak eta suposizio fisikoak erabiltzeko joera zuten. Joseph Larmorrek eterra elektroien azelerazioak eragindako mugimenduan zegoen eremu magnetiko baten terminoetan eztabaidatu zuen.

James Clerk Maxwell -ek eterrari buruz esan zuen: “Tratatu honen hainbat ataletan saiakerak egin dira fenomeno elektromagnetikoak azaltzeko, gorputz batetik bestera haien arteko espazioa hartzen duen bitarteko baten bidez transmititzen den ekintza mekanikoaren bitartez. Argiaren uhin teoriak bitarteko baten existentzia ere suposatzen du. Orain erakutsi behar dugu euskarri elektromagnetikoen propietateak argitsuaren bitartekoaren berdinak direla».

Hendrik Lorentzek eta George Francis FitzGerald -ek Lorentzen eterraren teoriaren esparruan eter absolutu baten higidura detektaezina izan zitekeen irtenbide dotoreagoa eskaini zuten, baina haien ekuazioak zuzenak balira, Albert Einsteinen 1905eko erlatibitatearen teoriak sortu ahalko luke matematika bera, eter bati erreferentziarik egin gabe. Horrek fisikari gehienek eter argitsuaren hasierako nozio moderno hori kontzeptu erabilgarria ez zela ondorioztatzera eraman zituen. Hala ere, Einsteinek esan zuen gogoeta hori erradikalegia eta aurreikuspen gehiegikoa zela eta bere erlatibitatearen teoriak oraindik propietate batzuk dituen bitarteko baten presentzia eskatzen zuela.

Grabitazio eter mekanikoa

XVI. mendetik XIX. mende amaierara arte, grabitazio fenomenoak ere eter bat erabiliz modelatu ziren. Formulazio ezagunena Le Sageren grabitazioaren teoria da, nahiz eta beste eredu batzuk Isaac Newton, Bernhard Riemann eta Lord Kelvin -ek proposatu zituzten. Kontzeptu horietako bat ere ez da bideragarritzat jotzen egungo komunitate zientifikoak.

Ikus, gainera

• Argiaren teoria korpuskular
• Erradiazio elektromagnetiko

Kanpo estekak

• Datuak: Q208702
• Multimedia: Luminiferous aether / Q208702